Miedź a choroby cywilizacyjne. Kolejny krok do rozwiązania zagadki

Od kilkunastu lat przybywa doniesień naukowych o związku jonów miedzi w organizmie człowieka z chorobą Alzheimera czy cukrzycą typu 2. Obserwacji klinicznych nie udało się na razie wyjaśnić na poziomie molekularnym. Tę lukę próbuje wypełnić wielu badaczy, m.in. zespół prof. Wojciecha Bala (Instytut Biochemii i Biofizyki PAN). Grupa dowiodła, że czas potrzebny do związania jonów miedzi do białek – a także mechanizm tego procesu – są inne niż dotąd sądzono.

Grafika pokazująca symbole związane ze zdrowiem; w tle sylwetka lekarza

Wyniki właśnie ukazały się w czołowym czasopiśmie chemicznym „Angewandte Chemie International Edition”. Publikację docenili recenzenci, nadając jej status „hot paper”.

Rola miedzi w organizmie

Miedź to podstawowy pierwiastek śladowy w ludzkim ciele. Jest niezbędna m.in. do wytwarzania i magazynowania energii w „elektrowniach” naszych komórek – mitochondriach. Przybywa też doniesień o związku jonów tego metalu z procesami patologicznymi, które zachodzą w cukrzycy, nowotworach czy schorzeniach atakujących układ nerwowy (np. w chorobie Alzheimera).

Te procesy bada od wielu lat prof. Wojciech Bal. Jego zespół znalazł właśnie kolejny brakujący element układanki. Uczeni z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN połączyli siły z kolegami z Politechniki w Delft (Niderlandy) oraz Politechniki Warszawskiej.

Na tropie jonów miedzi

Aby pobrane z pokarmu atomy miedzi mogły pełnić swoje funkcje, muszą trafić w odpowiednich ilościach do komórek, a w nich – do poszczególnych białek.

Naukowcy sprawdzili, jak szybko jon miedzi reaguje z syntetycznym białkiem, które wiąże ten mikroelement tak samo, jak naturalne białka transportujące go pomiędzy krwią a komórkami.

Do tej pory uważano, że to jednoetapowy proces, zachodzący w ciągu zaledwie mikrosekund. Badania wykonane w Warszawie i Delft wykazały jednak, że potrzebne są aż trzy etapy. W najwolniejszym z nich przez blisko sekundę utrzymuje się nieznana wcześniej reaktywna forma pośrednia. Stanowi ona brakujące ogniwo w procesie transportu miedzi do komórek, dla którego znany był dotąd jedynie niereaktywny stan końcowy.

Odkrycie to otwiera drogę do szczegółowych badań biologicznych, a w perspektywie – do pełniejszego zrozumienia przyczyn chorób cywilizacyjnych oraz skuteczniejszego zapobiegania tym schorzeniom.

ibb_pan_22-05-2020.jpg

Przebieg reakcji pomiędzy peptydem syntetycznym a jonem miedzi (Cu2+). W czasie około 2 ms powstaje zaobserwowana przez badaczy forma pośrednia, która spontanicznie przekształca się w niereaktywny stan końcowy. W tle są struktury białek przenoszących jon miedzi, które zawierają badaną strukturę: albuminę osocza krwi (HSA) i receptor komórkowy hCtr1. 

Kulisy eksperymentu

Badania przeprowadzono za pomocą technik kinetyki chemicznej, elektrochemii i spektroskopii elektronowej. Podczas eksperymentów wykorzystano m. in. unikatową aparaturę zamrażającą stan reakcji w skali mikrosekundowej, dostępną w laboratorium prof. Petera-Leona Hagedoorna w Delft. 

Źródło informacji i grafiki: Instytut Biochemii i Biofizyki PAN

Publikacja: Radosław Kotuniak, Marc J.F. Strampraad, Karolina Bossak-Ahmad, Urszula E. Wawrzyniak, Iwona Ufnalska, Peter-Leon Hagedoorn, Wojciech Bal, Key intermediate species reveal the Cu(II) exchange pathway in biorelevant ATCUN/NTS complexes